Šarvuotą stiklą pakeis skaidrus aliuminis

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Aliuminio oksinitridas (arba AlON) yra keramika, sudaryta iš aliuminio, deguonies ir azoto. Medžiaga yra optiškai skaidri (> 80%) elektromagnetinio spektro ultravioletiniame, matomajame ir pusės bangos diapazone. Užsienyje jį gamina Surmet Corporation su ALON prekės ženklu. Neseniai Rusijos mokslininkai sukūrė skaidraus aliuminio gamybos technologiją, kuri šiek tiek skiriasi nuo importuotų analogų.

Aprašymas

Unikalaus lydinio kūrimas atvėrė naujas perspektyvas gynybos pramonėje, moksle ir statyboje. Remiantis oficialiais duomenimis, ALON:

• 4 kartus stipresnis už grūdintą kvarcinį stiklą;
• 85 % kietesnis už safyrą;
• beveik 15 % patvaresnis nei magnio aliuminato špinelis.

Beje, mineralinis špinelis yra tiesioginis skaidraus aliuminio irprastesnis už oksinitridą daugeliu parametrų.

ALON yra kiečiausia parduodama polikristalinė skaidri keramika. Optinių ir mechaninių savybių derinys daro šią medžiagą pirmaujančia kandidate į lengvus, didelio našumo šarvuotus gaminius, tokius kaip neperšaunamas ir sprogimui atsparus stiklas, infraraudonųjų spindulių optinių sistemų elementai. Aliuminio oksinitridas taip pat naudojamas skaidriems smūgiams atspariems langams, iliuminatoriams, plokštėms, kupolams, strypams, vamzdžiams ir kitiems gaminiams gaminti naudojant tradicines keraminių miltelių apdorojimo technologijas.

Mechaninės savybės

Aliuminio oksinitridas pasižymi puikiomis savybėmis:

• Elastingumo modulis: 334 GPa.
• Šlyties modulis: 135 GPa.
• Puasono koeficientas: 0, 24.
• Ketimo kietumas: 1800 kg/mm2 esant 0,2 kg apkrovai.
• Atsparumas lūžiams: 2 MPa m1/2.
• Lenkimo stipris: 0,38–0,7 GPa.
• Gniuždymo stipris: 2,68 GPa.

Optinės ir šiluminės savybės

Tyrant skaidrų aliuminį buvo gauti šie rodikliai:

• Šilumos talpa: 0,781 J/K.
• Šiluminis laidumas: 12,3 W/(m K).
• Šiluminio plėtimosi koeficientas: 4,7×10-6/°C.
• Skaidrumo diapazonas: 200–5000 nm.

ALON taip pat atsparus spinduliuotei ir įvairių rūgščių, šarmų ir vandens žalai.

Gauti

Permatomas aliuminio oksinitridas, kaip ir kitos keraminės medžiagos, gaminamas miltelinio sukepinimo būdu. Kol JAV karinis jūrų laivynas užsiima naujos neperšaunamos medžiagos, vadinamos dirbtiniu špineliu, kūrimu, „Surmet Corporation“jau išleidžia savo „neperšaunamo stiklo“versiją pavadinimu ALON.

Sukurti Raytheon laboratorijose, specialūs milteliai formuojami ir laikomi labai aukštoje temperatūroje. Mišinio sudėtis gali šiek tiek skirtis: aliuminio kiekis yra maždaug nuo 30% iki 36%, o tai šiek tiek paveikia eksploatacines savybes (skirtumas yra tik 1-2%).

Kaidymo proceso metu milteliai greitai suskystėja ir atvėsina, todėl molekulės lieka laisvai išsidėsčiusios, tarsi jos vis dar būtų skystos. Būtent ši kristalų struktūra suteikia skaidriam aliuminiui tokio stiprumo ir atsparumo įbrėžimams, lygų su safyrui.

Pagaminti gaminiai yra termiškai apdorojami (sutankinami) aukštesnėje temperatūroje, po to šlifuojami ir poliruojami iki skaidrumo. Medžiaga gali atlaikyti iki 2100 °C temperatūrą inertinėse dujose. Šlifavimas ir poliravimas žymiai pagerina atsparumą smūgiams ir kitas mechanines savybes.

Vidaus ekvivalentas

Rusijos mokslininkai 2017 m. sukūrė skaidrų aliuminį. NRNU MEPhI specialistų teigimu, gamybos technologija buvolabai pagerėjo. Gaminant kompaktus, naudojama kibirkštinio plazminio sukepinimo technika.

Skirtingai nei užsienio kolegos, vietiniai kūrėjai elektros iškrovą praleidžia ne per išorinį kaitinimo elementą, o tiesiai per formą. Mokslininkai teigia, kad buitiniai skaidrūs šarvai savo stiprumu prilygsta kubiniam cirkoniui, tačiau tuo pat metu turi didelį smūgio stiprumą.

Aliuminio šarvų ir neperšaunamų stiklų palyginimas

Tradicinis neperšaunamas stiklas susideda iš kelių polikarbonato sluoksnių, įterptų tarp dviejų stiklo sluoksnių. Panašiai skaidrūs aliuminio šarvai susideda iš trijų sluoksnių:

• išorinis sluoksnis - aliuminio oksinitridas;
• vidurinis sluoksnis – stiklas;
• nugarinis sluoksnis – polimerinis pagrindas.

Tačiau panašumas tuo ir baigiasi. Aliuminio šarvai gali sustabdyti tas pačias kulkas iš mažo kalibro ginklų, kaip ir tradicinis neperšaunamas stiklas, tačiau jis vis tiek bus skaidrus net ir šaudant be būdingų įtrūkimų. Be to, ALON stiprumas yra daug didesnis.

Aliuminio oksinitrido šarvai gali būti pagaminti beveik bet kokios formos. Ji nebijo nei smėlio, nei žvyro, nei dulkių. Atsparumas abrazyvinėms medžiagoms yra labai didelis. Nepaisant puikių skaidraus aliuminio savybių, ši medžiaga nėra plačiai naudojama. Didžiausia atgrasymo priemonė yra kaina (3-5 kartus brangesnė nei tradicinis neperšaunamas stiklas). ALON šiuo metu daugiausia naudojamas stebėjimo prietaisų ir jutiklių lęšiams.raketos.